[发明专利]一种用于水轮机的尾水管

说明书

本发明公开了一种用于水轮机的尾水管，在尾水管的通道内设有前后两端开口的整流筒，整流筒与锥管段同轴，水轮机的水流经转轮出口流出，并进入尾水管的锥管段。水流进入锥管段后，锥管段中的水压具有轴心小周边大的特点，当水流在锥管段某个位置遇到前后开口的整流筒后会使轴心的水压增大，而周边的压力相反会减小，因此，就会使轴心和周边的压力差减小，从而可以实现抑制偏心涡带的产生及影响，它可在不影响水轮机输出功率的情况下有效地抑制或减少回流现象，使得水流更稳定并延长其推动水轮机转轮持续做功的时间。在不增加直锥管高度，也即不增加水电站的下部开挖前提条件下，实现了提高能量恢复系数的目标，使水轮机的能量转换效率得到提高。

【技术领域】

本发明涉及流体机械及工程设备技术领域，具体涉及一种用于水轮机的尾水管。

【背景技术】

水轮机是把水流的动能转换为机械能的动力机械，属于流体机械中的透平机械。现代水轮机大多数安装在水电站内，用来驱动发电设备，水轮机一般都设有尾水管，尾水管通常设计成一种管径横截面面积由小增大的弯管，转轮出口处的水流经过尾水管时，流速下降，压力升高，形成逆压力场，因此尾水管又叫做扩压管。其作用是：把转轮出口处的水流排向下游，并回收转轮出口处一部分水流的能量，尽最大化地利用水流的位能。在实际运用中我们希望尾水管中水流的流动尽可能平稳，扩压效果尽可能好，恢复系数尽可能高。

然而在实际工作中，尾水管往往存在着以下几种状况。

其一，由于尾水管是一种扩压式的管道，当水流流经尾水管时，容易引起脱流、二次回流以及流动不稳定的现象，特别是对于弯肘式的尾水管，这种现象更为明显。

其二，当水轮机在偏离最优工况运行时，进入尾水管的流动就会变得更加的复杂，水流在周期性非平稳因素及离心力的影响下产生偏心，并形成偏心涡带，偏心涡带以低频的周期在尾水管内旋转，撞击着尾水管的壁面，形成反射波向上游传播而旋进，进而出现回流区，致使尾水管产生压力脉动，当偏心涡带诱发的压力脉动频率接近机组的某一个固有频率时，又将引起强烈的共振。

上述这些问题不仅会使机组的运行存在着不稳定的情况，还使尾水管的恢复系数降低，致使水轮机的工作效率下降。

发明专利号：201210209725.2，其公开了一种水轮机尾水管涡流发生器，包括水轮机尾水管和若干对均匀排列在水轮机尾水管内壁的金属叶片，每个金属叶片的形状为直角梯形，每个梯形叶片含上底、下底、高和斜边，其中梯形的高作为安装截面，固定在尾水管的内壁，上底安装在接近尾水管进水口的一侧，下底安装在远离尾水管进水口的一侧，涡流发生器的安装截面为尾水管内部旋涡开始形成的截面，每对金属叶片中两个梯形叶片对称使用，两叶片所在平面关于中心轴线对称。该发明在一定程度上增加了其运行的稳定性，减小了脉动压力，但是设在尾水管内壁的金属片在破坏偏心涡带使水流平稳运行的同时，也使得水流损失大量的能量，因此，能量恢复系数有待进一步提高，以提高水轮机的效率。

本发明即对现有技术的不足研究而提出。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种用于水轮机的尾水管，在尾水管的通道内设有前后两端开口的整流筒，整流筒与锥管段同轴，水轮机的水流经转轮出口流出，并进入尾水管的锥管段，锥管段内的水压有轴心小周边大的特点，当水流在锥管段内某个位置遇到前后开口的整流筒后会使轴心的水压增加，周边的压力相反会减小，所以这样就会使轴心和周边的压力差减小，从而可以实现抑制偏心涡带的产生及影响。它可在不影响水轮机功率输出的情况下有效地减慢直锥段轴心部分的水流速度，使得水流更稳定并延长推动水轮机转轮持续做功的时间，在不增加直锥管高度，也即不增加水电站的下部开挖的前提条件下，实现了提高能量恢复系数的目标，使水轮机的能量转换效率得到提高。